JPH04238208A - 超音波センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波センサーに関し
、さらに詳細には試験体に対して探触子先端部に取り付
けられる遅延材の先端部を押し付け、探触子より試験体
に超音波を発信し、試験体から反射してくる反射波を検
出することにより試験体の情報を得る超音波センサーに
関する。

【０００２】

【従来の技術】以下、こういった超音波センサーを使用
して、試験体の厚みを測定する場合について説明する。 超音波による厚み測定は、図４上図に示すように試験体
１に対して超音波２を発信し、試験体の表面３ａで反射
する表面反射波２ａと試験体の裏面３ｂで反射する底面
反射波２ｂのトランスデュサ−４までの帰還時間の差に
より試験体１の厚みを検知するものである。ここで、遅
延材５の超音波の伝播方向Ａにおける長さが、トランス
デューサー４から発信された超音波２が試験体の表面３
ａに当たって、帰って来るまでの時間を決定する。即ち
図４において、Ｔ１はこの行程に超音波２が要している
時間を示している。さて、従来こういった遅延材の材質
としては、ポリスチレン等の比較的硬質で且つこの材料
内での超音波の減衰特性の低いものが選択されていた。 そして測定にあたっては、この遅延材の先端を試験体に
対してほぼ直角に、且つ一定の接触圧で押し付けること
が必要であるとともに、遅延材の先端部が確実に試験体
の表面に密着していることが要求されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の遅延材先端と、
試験体表面との密着の問題は、試験体表面がかなりの高
精度に仕上げられている場合は問題なく達成できるので
あるが、試験体表面の仕上げが荒い、あるいはこの試験
体表面が腐食している等の場合は、良好な密着性が得ら
れず、超音波センサーによる誤測定を起こすおおきな原
因となっていた。

【０００４】この誤測定の機構を以下に図４下図に基づ
いて説明する。前述のように正常な測定においてその検
出過程で検知される反射波は、試験体の表面で反射する
表面反射波２ａと試験体の裏面で反射する底面反射波２
ｂの二つのみであるが、試験体の表面状態が悪化するに
従って、図４下図に示すように複雑なものとなる。ここ
で、比較的検知されやすい反射波の成分は、遅延材の先
端部から反射してくる遅延材先端反射波２ｃと遅延材の
先端部から接触媒質としての水等内に伝播するとともに
、試験体表面から反射してくる表面反射波２ａと、前述
の底面反射波２ｂである。ここで、遅延材先端反射波２
ｃと表面反射波２ａは本来その位相を一致しているべき
ものであるが、表面状態の悪化に伴い、別々に出現して
くることとなる。従ってこういった測定においては、こ
れらの波の分別（どの位置からの反射波かの識別）がで
きず、既存の機器においては、３つの反射波のうちの任
意の２つの反射波の時間間隔を基礎にして、試験対象で
ある試験体の厚みを計算推定するため、誤測定を起こす
こととなっていた。

【０００５】そこで本発明の目的は、試験体の表面が仕
上げ状態、腐食等により荒れた状態にあっても、遅延材
を確実に試験体表面に密着させて試験体の厚さ等の試験
体の測定をすることができる超音波センサーを得ること
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明による超音波センサーの特徴構成は、遅延材の
材質が、弾性変形の高い材質とされていることであり、
その作用・効果は次の通りである。

【０００７】

【作用】つまり、本願の超音波センサーの遅延材は、弾
性変形を起こしやすい材料から構成される。この遅延材
を備えた探触子を試験体の表面に押し付けると、遅延材
の先端面は、試験体の表面形状に確実に倣うこととなる
。したがって、遅延材の先端面と試験体の表面とが、別
々に超音波を反射するような現象が回避されて試験体の
検出に不可欠な反射波のみが探触子により検出されるこ
ととなる。

【０００８】

【発明の効果】従って、この遅延材を備えた超音波セン
サーにおいては、従来測定が不可能であった比較的荒い
表面状態の試験体に対しても確実に所定の測定ができる
。さらに、上記の超音波センサーにおいて、その遅延材
がブタジエンゴムから構成されているものを採用すると
、このブタジエンゴムにおいては、部材内における超音
波の減衰特性が良好（減衰しにくい。）であるとともに
、試験体の表面に対する密着度も良好であるため、表面
状態が悪く、複雑な反射波を生じるとともに、信号強度
も低くなる虞の高い表面状態の悪い試験体に対して、従
来よりも確実に試験体の厚み測定等の所望の測定をおこ
なうことが可能となった。

【０００９】

【実施例】本願の実施例を図面に基づいて説明する。図
１には探触子１０を備えた超音波センサー１１が示され
ている。先ず、この超音波センサー１１の構造について
説明する。この超音波センサー１１は、計測デ−タ処理
装置１２、計測データ表示装置１３等を備えた超音波セ
ンサー本体部１１ａと、この超音波センサー本体部１１
ａの探触子接続端子１４に接続される探触子１０とを備
えている。この探触子１０は、超音波送受信部１５を備
えたトランスデューサー部１６と、このトランスデュー
サー部１６の先端側にスペーサ１７を介してリテイナー
リング１８により取り付けられる遅延材１９を備えて構
成されている。ここで、このトランスデューサー部１６
の先端部と遅延材１９の取り付け部位間には、水、グリ
セリン等の接触媒質２０が介装される。次に遅延材１９
の構造について説明すると、この遅延材１９は、円柱状
の取り付け部１９ａと、この取り付け部１９ａの先端側
に設けられている先端側に細い円錐台形状の遅延材本体
部１９ｂから構成されている。この部材の実際の寸法は
、取り付け部１９ａが径６ｍｍ、高さ５ｍｍ程度のもの
であり、遅延材本体部１９ｂが根元側径５ｍｍ，先端側
径２ｍｍ，高さ８ｍｍ程度のものである。この遅延材１
９の材質はブタジエンゴムである。

【００１０】この超音波センサー１１の使用に当たって
は、従来おこなわれてきたように、前述の遅延材１９が
先端に取り付けられている探触子１０を測定対象の試験
体２１の表面に直角に、且つ一定の圧力で押し当てて測
定をおこなう。このとき、本願の遅延材１９の先端近傍
部１９ｔはその弾性により試験体表面に十分になじみ、
良好な測定をおこなうことが可能となる。

【００１１】〔実験例〕以下に本願に関して発明者らが
、おこなった実験について説明する。実験は、遅延材１
９の材質として適当と考えられる複数のゴム材料に対し
て、それぞれ、それらの材料内における超音波の減衰特
性、および試験体２１との密着性を考慮した超音波の減
衰特性を計測するものとした。

【００１２】実験例　　１　　　　材質による超音波の
減衰特性 実験方法 図２に試験装置２２を示した。この試験装置２２はその
両端部に送信探触子２３と受信探触子２４を配置して構
成されており、両探触子２３、２４間の中間部に減衰特
性を検出する試験対象の材質のシ−ト２５が載置できる
ように構成されている。そして、両探触子２３、２４と
シ−ト２５の間は接触媒体としての水ｗでみたされる。 ここで、送信探触子２３から出た超音波２６はシ−ト２
５において減衰し、受信探触子２４にて検出される。探
触子２３、２４は５ＭＨｚ，径５ｍｍのものである。 実験結果 各材質における減衰特性の実験結果を表１に示した。こ
こで、水ｗのみによる透過音圧を０ｄｂとし、計測値に
記載されていない部位はその測定を省略した。

【００１３】

【表１】

【００１４】結果、シートの厚みに従って、超音波の減
衰量が増加するが、材質的にその減衰特性の小さいもの
としては、ブタジエンゴム、シリコンゴム、天然ゴムを
挙げることができる。ちなみに、従来遅延材の材料とし
て使用されいるポリスチレンの減衰は、ほぼブタジエン
ゴムのそれにほぼ等しい。

【００１５】実験例　　２　　　　材質による密着度特
性実験方法 図３に試験装置２６を示した。この試験装置２６は試験
対象のシ−ト２７を標準試験体（表面粗度５０Ｓ（５０
μｍ以下）の厚み１０ｍｍの鋼板）２８上に載置し、こ
のシ−ト２７の上部側に探触子２９を載せて、この探触
子２９より超音波３０を発信し標準試験体表面２８ａ及
び標準試験体底面２８ｂからの反射波の減衰状態を調べ
るためのものである。探触子２９は５ＭＨｚ，径０．２
５インチのものを使用した。実験におけるデ−タの採取
方法を説明すると、表面反射波としては、シ−トが標準
試験体に接していない状態の反射波をとりその音圧を測
定し、これを表面波音圧とし、底面反射波としては、図
３に示す構成においてこの底面反射波の音圧が最も大き
くなるように探触子を押し付けた時の音圧を測定し、こ
れを底面音圧として、これらの音圧の差をとった。

【００１６】実験結果 実験結果を表２に示した。前記同様に計測値が記載され
ていない部位はその測定を省略した。

【００１７】

【表２】

【００１８】結果、弾性に富むゴム程、反射波の減衰量
が少ない。これはシ−トの標準試験体表面との密着性と
の関係によるものと考えられる。上記の実験の範囲にお
いてはブタジエンゴムが透過減衰、密着を含めた減衰の
両者にわたって共に、最も良好な結果となった。 実験例　　３　　　　ブタジエンゴムとポリスチレンの
密着度特性 実験方法 実験例２に示した試験装置２６により標準試験体２８の
表面粗度を変化させてブタジエンゴムとポリスチレンの
密着度特性を比較した。

【００１９】実験結果 実験結果を表３に示した。

【００２０】

【表３】

【００２１】結果、ポリスチレンとブタジエンを比較す
ると、密着度を考慮にいれた減衰状態の実験においてブ
タジエンゴムのほうがはるかに良好な結果を与えた。

【００２２】〔別実施例〕上述の実施例においては、本
願の超音波センサーを試験体の厚みの測定に使用する場
合について主に説明したが、本願の超音波センサーを試
験体内に内包される欠陥等の探傷等にも使用することが
できる。従ってこのセンサーを使用して試験体より得ら
れる所定の情報を試験体の情報と称する。さらに、上述
の実施例においては遅延材１９においてその取り付け部
１９ａが円柱状形状を有するものについて説明したが、
この構成に加えて、図５に示すように遅延材１９の基端
側に遅延材の先端１９ｔ側に向かって形成される球面状
の凹設部１９ｃを設けるものとすることも可能である。 この場合この凹設部１９ｃが超音波を集中させる役割を
果たす。さらに、遅延材１９の先端部のみを、ブタジエ
ンゴム等で形成することも可能である。

【００２３】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構造に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】超音波センサ−の概略構成図

【図２】材質による超音波の減衰を試験する試験装置の
図

【図３】材料の密着度を含む超音波の減衰を試験する試
験装置の図

【図４】従来の測定状態を示す図

【図５】遅延材の別実施例の図

【符号の説明】

２　　　　　　　　　　　　　　　　超音波２ａ，２ｂ
，２ｃ　　反射波

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　試験体（２１）に対して探触子（１０
   ）の先端部に取り付けられる遅延材（１９）の先端部（
   １９ｔ）を押し付け、前記探触子（１０）より前記試験
   体（２１）に超音波（２）を発信し、前記試験体（２１
   ）から反射してくる反射波（２ａ，２ｂ，２ｃ）を検出
   することにより前記試験体（２１）の情報を得る超音波
   センサーであって、前記遅延材（１９）の材質として、
   弾性変形の高い材質が採用されている超音波センサー。
2. 【請求項２】　　前記遅延材（１９）がブタジエンゴム
   成形材である超音波センサー。